传感器课件 1-传感器静态特性-1

静态误差的求取方法：
首先，把全部校准数据与拟合直ห้องสมุดไป่ตู้上对
应值的残差，看成随机分布，求出其标准偏差
σ，即：
1 n
n 1 i1
yi
2
△yi--各种测试点的残差； n--测试点数。
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静态误差的求取方法：
取2σ或3σ值即为传感器静态误差。静态误差 也可用相对误差表示，即：
3 100%
yFS
本课程的任务及要求
• “传感技术”是一门涉及到电工电子技术、传感器技术、 光电检测技术、控制技术、计算机技术、数据处理技术、 精密机械设计技术等众多基础理论和技术的综合性技术， 现代检测系统通常集光、机、电于一体，软硬件相结合。
• “传感技术”课程着重培养学生掌握传感器与检测技术 基本理论、基本方法，本课程是一门实践性很强的课程， 在理论学习的同时，要求学生通过实验和实践熟练掌握 各类典型传感器的基本原理和适用场合，掌握常用测量 仪器的基本工作原理和工作性能，能合理选用常用电子 仪器、测量电路等，能根据测量要求设计各类测量系统， 能对测量结果进行误差分析和数据处理等，达到理论与 实践的高度统一，突出能力的培养。
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1.1.1 线性度
传感器的输入—输出关系或多或少地都存在非 线性问题。在不考虑迟滞、蠕变等因素的情况下， 其静态特性可用下列多项式代数方程来表示：
y a0 a1x a2 x2 ... anxn
y--输出量； x--输入量； a0--零点输出； a1--理论灵敏度； a2,a3…an--非线性项系数
静态特性曲线需要进行线性化处理
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常用拟和方法 ➢理论拟合 ➢过零旋转拟合 ➢端点拟合
各种直线拟合方法 (a)理论拟合(b)过零旋转拟合(c)端点拟合(d)端点平移拟合
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常用拟和方法
（a）理论拟合
（b）过零旋转拟合
其中，yFS为 满量程输出。
（c）端点拟合
（d）端点平移拟合
图1-1 各种直线拟和方法
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1.1.2 迟滞
传感器在正（输入量增大）反（输入量减小） 行程中输出与输入曲线不重合时称为迟滞。迟 滞大小一般由实验方法测得。迟滞误差一般以 满量程输出的百分数表示。
H
1 2
Hmax yFS
100%
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图1-2 迟滞特性
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1.1.3 重复性
重复性： 传感器在输入按同一方向作全量程连续
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光纤光栅位移计
2
新型片式汽车尾气传感器
3
各种压电传感器
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5
第0章 传感器与检测技术概念
0.1 传感器的组成与分类 0.2 传感器的作用与地位 0.3 传感器的发展方向 0.4 检测技术的定义 0.5 检测技术的作用
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0.1 传感器的组成与分类
0.1.1传感器的定义
传感器是能感受规定的被测量并按照 一定规律转换成可用输出信号的器件或装 置，通常由敏感元件和转换元件组成。其 中，敏感元件是指传感器中直接感受被测 量的部分，转换元件是指传感器能将敏感 元件输出转换为适于传输和测量的电信号 部分。
阈值： 在传感器输入零点附近的分辨率。
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1.1.6 稳定性
稳定性： 传感器在长时间工作情况下输出量发生的
变化。有时称为长时间工作稳定性或零点漂移。
稳定性误差： 前后两次输出之差。 可用相对误差表示，也可用绝对误
差来表示。
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1.1.7 温度稳定性
温度稳定性： 又称为温度漂移。它是指传感器在外界温度
第1章 传感器的特性
传感器的特性是指传感器所特有性质的 总称。而传感器的输入—输出特性是其基本 特性，一般把传感器作为二端网络研究时， 输入—输出特性是二端网络的外部特性，即 输入量和输出量的对应关系。
1.1传感器的静态特性 1.2传感器的动态特性
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1.1 传感器的静态特性
线性度 迟滞 重复性 灵敏度与灵敏度误差 分辨率与阈值 稳定性 温度稳定性 多种抗干扰能力 静态误差
转换元件
敏感元件 （砝码）
输出
—
+
电子线路
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被测量
敏感 元件
转换 元件
电量
转换 电路
加速度
a
力
砝码
m千克 ma
弹簧 k
位移 ma/k
转换 电路
电量 v•ma/kL
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0.1 传感器的组成与分类
0.1.3传感器的分类：
➢ 按输入量分类:位移传感器、速度传感器、温度传感器、 压力传感器等
➢ 按工作原理分类:应变式、电容式、电感式、压电式、 热电式等
静态误差是一项综合性指标，基本上包含
了前面叙述的非线性误差、迟滞误差、重复性误 差、灵敏度误差等。所以也可以把这几个单项误 差综合而得，即：
2 L
2 H
2 R
2 S
△yi--各种测试点的残差； n--测试点数。 29
多次变动时所得特性曲线不一致的程度。
R
Rmax y FS
100%
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图1-3 重复特性
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1.1.4 灵敏度与灵敏度误差
静态灵敏度：
传感器输出的变化量与引起该变化量的 输入变化量之比。
k y x
灵敏度误差
S
k k
100%
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1.1.5 分辨率与阈值
分辨率： 传感器能检测到的最小的输入增量。 分辨率可用绝对值表示，也可用与满量 程的百分比表示。
➢ 按物理现象分类:结构型传感器、特性型传感器 ➢ 按能量关系分类:能量转换型传感器、能量控制传感器 ➢ 按输出信号分类:模拟式传感器、数字式传感器
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0.2 传感器的作用与地位
传感器处于研究对象与测试系统的接口 位置,即检测与控制系统之首。因此，传感器 成为感知、获取与检测信息的窗口，一切科学 研究与自动化生产过程要获取的信息，都要通 过传感器获取并通过它转换为容易传输与处理 的电信号。所以，80年代以来，世界各国都将 传感器技术列为重点发展的高技术，倍受重视。
变化情况下输出量发生的变化。
温度稳定性误差：
测试时先将传感器置于一定温度（例如20℃） 下，将其输出调至零点或某一特定点，使温度上升 或下降一定的度数（例如5℃或10℃），再读出输 出值，前后两次输出之差即为温度稳定性误差。温 度稳定性误差用每若干℃的绝对误差或相对误差表 示，每℃的误差又称温度误差系数。
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1.1.8 多种抗干扰能力
多种抗干扰能力： 传感器对各种外界干扰的抵抗能力。 例如抗冲击和振动能力、抗潮湿的能力、抗
电磁场干扰的能力等，评价这些能力比较复杂， 一般也不易给出数量概念，需要具体问题具体分 析。
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1.1.9 静态误差
静态误差：
传感器在其全量程内任一点的输出值与其理 论输出值的偏离程度。
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0.3 传感器的发展动向
当前传感器技术的主要发展动向：
一、开展基础研究，发现新现象，开发传感 器的新材料和新工艺；二、实现传感器的集成化 与智能化。
➢ 发现新现象 ➢ 开发新材料 ➢ 采用微细加工技术 ➢ 研究多功能集成传感器 ➢ 智能化传感器 ➢ 新一代航天传感器研究 ➢ 仿生传感器研究
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由于传感器输出信号一般很微弱,需要有信号调 节与转换电路将其放大或变换为容易传输、处理、 记录和显示的形式。
常见的信号调节与转换电路有放大器、电桥、振荡 器、电荷放大器等，它们分别与相应的传感器相配合。
图0-1 传感器组成方块图 8
• 例如： 我们要测量一个直线运动的汽车的加速度
（规定的被测量）。可以设计一个简单的实验装置。